Поверхневі явища та дисперсні системи
Молекулярно-кінетичні та оптичні властивості дисперсних систем. Агрегативна стійкість і коагуляція побічних продуктів металургійного виробництва. Визначення величини адсорбції масляної кислоти. Причини утворення колоїдних частин в електричному полі.
| Рубрика | Химия |
| Вид | учебное пособие |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 22.07.2017 |
| Размер файла | 206,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Навчальний посібник
“Поверхневі явища та дисперсні системи”
Дисципліна: Фізична хімія
Камкіна Людмила Володимирівна
Масленко Світлана Миколаївна
Шевченко Галина Іванівна
Голуб Ірина Валеріївна
Чінчаєва Валентина Павлівна
Дніпропетровськ
ЗМІСТ
ВСТУП
1. ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА
1.1 Адсорбція
1.2 Змочування
1.2.1 Розв'язання типових задач
1.2.3 Багатоваріантна задача
1.2.2 Задачі для практичних занять, самостійної роботи (домашніх завдань) та контрольних робіт
2. ДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ
2.1 Колоїдні розчини. Будова колоїдних міцел
2.1.1 Розв'язання типових задач
2.1.2 Задачі для практичних занять, самостійної роботи (домашніх завдань) та контрольних робіт
2.2 Властивості колоїдних розчинів
2.2.1 Оптичні властивості колоїдних розчинів
2.2.2 Молекулярно-кінетичні властивості колоїдних розчинів
2.2.3 Розв'язання типових задач
2.2.4 Задачі для практичних занять, самостійної роботи (домашніх завдань) та контрольних робіт
2.2.5 Електричні властивості колоїдних розчинів
2.2.6 Агрегативна стійкість і коагуляція колоїдних розчинів
2.2.7 Розв'язання типових задач
2.2.8 Задачі для практичних занять, самостійної роботи (домашніх завдань) та контрольних робіт
ЛІТЕРАТУРА
ВСТУП
Поверхневі явища, закономірності, яким вони підкоряються, властивості дисперсних систем, а також процеси, що в них відбуваються, вивчає колоїдна хімія. При цьому вона використовує як методи фізичної хімії, так і власні колоїдно-хімічні методи дослідження високодисперсних гетерогенних систем. Подібні системи широко зустрічаються у природі, побуті та різних галузях промисловості. Дослідження властивостей дисперсних систем дає можливість більш глибокого теоретичного розуміння структури речовин та суті багатьох природних і технологічних процесів. Зараз важко знайти галузь промисловості, де б не використовували колоїдні або інші високодисперсні системи. Колоїдні системи спеціально створюють, використовують або вони виникають як побічні продукти технологічних процесів в усіх галузях металургійного виробництва. Руйнування колоїдних систем має велике значення при очищенні технологічної води та газів, що утворюються у процесі плавлення чорних та кольорових металів. Для грамотного управління технологічними процесами інженер-металург повинен знати закони, яким підкоряються дисперсні системи та тісно зв'язані з ними поверхневі явища, що протікають на межі поділу фаз, уміти кількісно охарактеризувати та описати властивості цих систем.
Конспект лекцій складається з двох розділів, в яких викладені основні закономірності поверхневих явищ, будова колоїдних міцел та властивості дисперсних систем, що мають практичне значення для металургійної, вогнетривної та коксохімічної промисловості. На початку кожного розділу викладені основні визначення, закони, формули і рівняння, що потрібні для обчислення поверхневих явищ та властивостей дисперсних систем. Наведені приклади розв'язання типових задач, запропоновані завдання для практичних занять і самостійної роботи студентів.
1. ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА
Поверхневі явища супроводжують будь-які гетерогенні процеси, котрі лежать в основі металургійної, коксохімічної, вогнетривної та інших галузей промисловості.
За своїми фізико-хімічними властивостями поверхня поділу, на якій відбуваються гетерогенні процеси, різко відрізняється від властивостей внутрішніх областей обох межуючих фаз. Поверхневі молекули мають надлишкову енергію, яку називають поверхневою енергією. Саме вона і є причиною появи на межі поділу особливих поверхневих явищ, до яких відносяться адсорбція, поверхневий натяг, змочування.
1.1 Адсорбція
Адсорбція - це процес самочинної зміни концентрації одного з компонентів гетерогенної системи на поверхні поділу фаз.
Адсорбція може відбуватись на межі поділу різних гетерогенних систем: газ-тверде тіло, розчин-тверде тіло та газ-розчин.
Величина адсорбції залежить від структури, питомої поверхні твердого адсорбенту, концентрації або тиску адсорбтиву, температури та інших чинників.
Тверді адсорбенти повинні мати велику питому поверхню
, (1.1)
де - це поверхня 1 г адсорбенту, м2/г;
- cумарна поверхня даної маси (m) адсорбенту, м2.
Питома поверхня твердого адсорбенту, який адсорбує газ, може бути розрахована за рівнянням
,(1.2)
де - об'єм газу, який повністю заповнює поверхню 1 г адсорбенту,?м3; - число Авогадро, яке дорівнює 6,02.1023 молекул/моль; m- маса адсорбенту, г; 22,4.10-3 - об'єм 1 моль газу, м3; S0 - площа, яку займає 1 молекула адсорбтиву, м2.
S0 = ,(1.3)
де - гранична адсорбція, моль/м2.
Кількісна залежність величини адсорбції від тиску або концентрації газу виражається ізотермою адсорбції Ленгмюра
,(1.4)
або ,(1.5)
де - величина адсорбції, що показує кількість речовини, адсорбованої одиницею поверхні адсорбенту або одиницею маси адсорбенту, кмоль/м3 (кмоль/г);- величина граничної адсорбції, що показує кількість речовини, адсорбованої одиницею поверхні або одиницею маси адсорбенту, яка відповідає повному заповненню усіх активних центрів, кмоль/м2 (кмоль/г); - рівноважний парціальний тиск адсорбтиву, Па; - рівноважна концентрація адсорбтиву, кмоль/м3; - константа адсорбційної рівноваги,?м3Па/кмоль.
Гранична адсорбція та константа адсорбційної рівноваги залежить від природи компонентів системи і не залежить від тиску (концентрації) адсорбтиву і температури.
Математичною обробкою рівняння Ленгмюра можна перетворити у форму
. ,(1.6)
що є рівнянням прямої в координатах . Отримане рівняння дозволяє визначити граничну адсорбцію і константу адсорбційної рівноваги за допомогою графіка (рис.1.1). Відрізок, який відсікає пряма на осі ординат, дозволяє визначити граничну адсорбцію, а кутовий коефіцієнт прямої = tg - константу адсорбційної рівноваги (tg.
Рис. 1.1. Ізотерма адсорбції в координатах лінійної форми рівняння Ленгмюра
Залежність величини адсорбції від тиску виражає рівняння Фрейндліха
.,(1.7)
де і - сталі величини для даного адсорбенту і адсорбтива при даній температурі.
Кількість речовини, адсорбованої з розчину 1 г адсорбенту, визначається за формулою
(1.8)
де С0 - початкова концентрація розчину, кмоль/м3; С - концентрація розчину після встановлення адсорбційної рівноваги, кмоль/м3; V- об'єм розчину, з якого відбуваєтся адсорбція, дм3; m- маса адсорбенту, г.
Зв'язок між надлишком адсорбтиву в поверхневому шарі (Г), концентрацією речовини (С) у розчині та його поверхневим натягом () на межі поділу газ - розчин при сталій температурі дається рівнянням Гіббса
(1.9)
де - - поверхнева активність речовини, Дж.м/кмоль.
Якщо поверхневий натяг рідини збільшується при підвищенні концентрації, то > 0, a Г< 0. Тобто концентрація речовини в поверхневому шарі буде менша, ніж в об'ємі розчину. В системі відбувається негативна адсорбція.
Якщо ж поверхневий натяг рідини зменшується при збільшенні концентрації, то < 0, а Г> 0. За цих умов концентрація речовини в поверхневому шарі буде більша, ніж в об'ємі розчину, тобто відбувається позитивна адсорбція. Якщо поверхневий натяг рідини не залежить від концентрації речовини, то = 0 і Г= 0. Концентрація речовини в поверхневому шарі та в об'ємі розчину буде однаковою. В системі адсорбція не відбувається.
При введенні у розчин поверхнево-активних речовин (ПАР) поверхневий натяг рідини зменшується. При незначних концентраціях ПАВ поверхневий натяг розчину зменшується прямо пропорційно до концентрації.
,(1.10)
де - зменшення поверхневого натягу розчину, Дж/м2 ; і - відповідно поверхневий натяг чистого розчинника і розчину, Дж/м2 ; С- концентрація поверхнево-активної речовини, кмоль/м3; К- константа, Дж.м/кмоль.
При відносно великих концентраціях ПАР зниження поверхневого натягу розчину з ростом концентрації описує емпіричне рівняння Шишковського
,(1.11)
де - константа, яка слабко залежить від природи поверхнево-активної речовини (однакова для даного гомологічного ряду), Дж/м2; -питома капілярна стала, що характерна для кожної ПАР, м3/кмоль.
Адсорбція на межі поділу розчин-газ залежить від будови і розміру молекул ПАР. За правилом Дюкло-Траубе поверхнева активність водних розчинів гомологічного ряду граничних жирних кислот на межі поділу розчин-повітря тим вища, чим більша довжина вуглеводневого радикала. В середньому поверхнева активність кислоти збільшується в 3,2 рази на кожну групу - СН2.
Серед теорій, що пояснюють механізм протікання процесу адсорбції, найбільш універсальною є теорія БЕТ, яка була розроблена в 1935-1940?рр. Брунауером, Емметом і Теллером. Для багатошарової адсорбції автори вивели рівняння ізотерми адсорбції
, (1.12)
де об'єм адсорбованого газу, м3/г;
об'єм адсорбованого газу при заповненні поверхні адсорбенту суцільним мономолекулярним шаром адсорбтиву, м3/г;
і відповідно рівноважний тиск адсорбованого газу і тиск насиченої пари при даній температурі, Па;
константа адсорбційної рівноваги.
1.2 Змочування
Явище змочування обумовлене величиною міжфазної вільної енергії і співвідношенням сил когезії та адгезії, діючих між фазами. Когезія - це сила притягання між однаковими молекулами фази. Адгезія - це сила, що діє між молекулами, які знаходяться в різних фазах.
Якщо молекули рідини взаємодіють з молекулами твердого тіла сильніше, ніж між собою, то переважає сила адгезії і рідина розтікається по поверхні твердого тіла, тобто змочує його.
Якщо ж молекули рідини взаємодіють одна з одною сильніше, ніж з молекулами твердого тіла, то переважає сила когезії і рідина не розтікається по поверхні твердого тіла.
Змочування твердого тіла рідиною характеризується крайовим кутом змочування (и), який можна визначити за рівнянням Юнга
соs и = ,(1.13)
де - поверхнева енергія на межі поділу тверде тіло - газ, яка намагається розтягнути краплю уздовж поверхні твердого тіла; міжфазна поверхнева енергія на межі тверде тіло - рідина, яка намагається стягнути краплю; поверхневий натяг рідини.
Якщо , то тверде тіло буде змочуватись рідиною, крайовий кут змочування буде гострим. При повному змочуванні и = 00, а соs и = 1. Щоб рідина розтікалась і змочувала поверхню твердого тіла потрібно, щоб енергія системи зменшувалась.
Якщо , то рідина розтікатись не буде. При цьому крайовий кут змочування буде тупим. Рідина зовсім не змочує поверхню твердого тіла, якщо и = 1800, а соs и = 1.
На крайовий кут змочування впливає хімічна природа рідини, природа і структура поверхні твердого тіла, наявність тонких оксидних плівок на його поверхні, домішків, які забруднюють поверхню тощо.
На явищі вибіркового змочування засноване збагачення ряду корисних копалин: залізних руд, вугілля.
Цей процес називається флотацією. Для збагачення руди використовують пінну флотацію, суть якої полягає в тому, що в суспензію мінералу (флотаційну пульпу) вводять бульбашки повітря. Спливаючи, бульбашки повітря збирають на своїй поверхні ті частинки руди, на якій вода утворює великий крайовий кут, тобто не змочує їх.
В результаті на поверхні пульпи утворюється мінералізована піна, насичена частинками руди, що знімається спеціальним пристроєм. Частинки пустої породи добре змочуються водою і осідають на днище агрегату.
Оптимальний розмір частинок руди при збагачуванні складає 0,01-0,15 мм.
Таким чином, збагачування руди відбувається за рахунок різного змочування частинок руди і пустої породи.
1.2.1 Розв'язання типових задач
Задача 1. 50 см3 0,2н. розчину оцтової кислоти змішали з 5 г активованого вугілля.
Після досягнення адсорбційної рівноваги на титрування 10?см3 розчину кислоти пішло 15 см3 0,1н. розчину NaOH. Визначте величину адсорбції кислоти 1г активованого вугілля.
Розв'язання. Величину адсорбції оцтової кислоти активованим вугіллям визначимо за рівнянням
, (1.14)
де С0 і С - відповідно початкова концентрація і концентрація розчину після встановлення адсорбційної рівноваги, моль-екв/л;
V - об'єм розчину, з якого відбувається адсорбція, см3;
m - маса адсорбенту, г.
Концентрацію розчину оцтової кислоти після встановлення адсорбційної рівноваги розрахуємо за рівнянням
моль-екв/л.
Підставимо в рівняння (1.8) числове значення і отримаємо
моль-екв/г.
Таким чином, 1 г активованого вугілля адсорбує 510-4 моль-екв оцтової кислоти.
Задача 2. При тисках 31 900, 130 500 і 290 000 Па величина адсорбції аргону коксовим вугіллям при 195 К становить 5,0; 15,4 та 24,0 мг/г. Визначте величину граничної адсорбції аргону та константу адсорбційної рівноваги в рівнянні Ленгмюра.
Розв'язання. Визначимо сталі величини рівняння Ленгмюра графічним методом за допомогою рівняння
, (1.15)
що є рівнянням прямої в координатах
Для побудови графіка розрахуємо величини та .
|
г/мг |
0,2 |
0,06 |
0,04 |
|
|
105, 1/Па |
3 |
0,7 |
0,3 |
Відрізок, який відсікає пряма на осі ординат, дозволяє визначити величину граничної адсорбції: г/мг, тоді мг/г.
Кутовий коефіцієнт прямої дозволяє визначити константу адсорбційної рівноваги.
Розрахуємо тангенс кута нахилу прямої
За отриманими даними будуємо графік
Рис. 1.2. Ізотерма адсорбції
Таким чином звідки Па-1.
Задача 3. Визначте величину адсорбції масляної кислоти при 298 К на межі поділу водний розчин-повітря з концентрацією кислоти 0,15?кмоль/м3. Встановлено, що при концентраціях масляної кислоти 0,000; 0,021; 0,050; 0,104; 0,246 і 0,489 кмоль/м3 поверхневий натяг розчину дорівнює 0,074; 0,069; 0,064; 0,060; 0,051 і 0,044 Дж/м2 відповідно.
Розв'язання. Величину адсорбції масляної кислоти визначимо за рівнянням Гіббса
(1.16)
де С - концентрація розчину, кмоль/м3;
R - універсальна газова стала, дорівнює 8,31 Дж/моль.К;
Т - температура,
К; поверхнева активність, Дж.м/кмоль.
Знайдемо поверхневу активність кислоти графічним методом.
За експериментальними даними будуємо графік залежності поверхневого натягу розчину кислоти від її концентрації,
Рис. 1.3 Залежність поверхневого натягу розчину від концентрації
До отриманої кривої через точку, яка відповідає заданій концентрації (0,15кмоль/м3), проводимо дотичну. Поверхнева активність кислоти буде дорівнювати тангенсу кута нахилу цієї дотичної
Дж.м/кмоль.
Підставимо числові значення в рівняння (1.9) і отримаємо величину адсорбції.
моль/м2.
Задача 4. Який об'єм аміаку адсорбується на поверхні 45 г активованого вугілля при 273 К і 1,013Па, якщо при цьому уся поверхня вугілля повністю покривається NH3. Поверхня 1 г активованого вугілля дорівнює 1000 м2. Діаметр молекули NH3 дорівнює 310-10 м. Молекули газу торкаються одна одної в площині так, що центри чотирьох сусідніх сфер розташовуються в кутах квадрата.
Розв'язання. Об'єм адсорбованого газу розрахуємо за формулою
(1.17)
де Sпит.- питома поверхня твердого адсорбенту, м2/г; m - маса адсорбенту,?г; 22,4 л - об'єм 1 моль газу за нормальних умов; число Авогадро, дорівнює 6,021023 молекул/моль; площа, яку займає 1 молекула,?м2.
Визначимо площу, яку займає 1 молекула, за рівнянням
м2.
Підставимо числові значення у формулу (1.2) та отримаємо об'єм адсорбованого газу
Таким чином, для повного покриття поверхні вугілля потрібно 18,6 л аміаку. адсорбція коагуляція дисперсний колоїдний
Задача 5. Використовуючи рівняння ізотерми адсорбції теорії БЕТ, розрахуйте об'єм аргону, який адсорбується 1г платинового каталізатора при 100 К і 120 Па.
Тиск насиченої пари аргону 380 Па. Об'єм аргону, що покриває поверхню каталізатора суцільним моношаром, дорівнює 0,2 см3/г, а константа адсорбційної рівноваги дорівнює 191.
Розв'язання. Об'єм адсорбованого аргону розрахуємо за рівнянням
(1.18)
де і - відповідно об'єм адсорбованого газу та об'єм газу при утворенні на поверхні адсорбенту суцільного мономолекулярного шару адсорбтиву,?см3/г; івідповідно рівноважний тиск адсорбованого газу і тиск насиченої пари газу при даній температурі, Па; константа адсорбціиної рівноваги.
Підставимо у рівняння числові значення
см3/г.
Таким чином, при 100 К та 120 Па 1 г платинового каталізатора адсорбує 0,289 см3 аргону.
1.2.2 Задачі для практичних занять, самостійної роботи (домашніх завдань) та контрольних робіт
1. Визначте величину адсорбції азоту на цеоліті при рівноважному тиску 100 Па, якщо гранична адсорбція дорівнює 36,910-9 кг/кг, а константа адсорбційної рівноваги - 0,156 Па-1.
2. При тисках 665, 1333, 3990, 9970, 13300 і 26600 Па адсорбція вуглекислого газу на цеоліті при 293 К дорівнює відповідно 0,086; 0,112; 0,152; 0,174; 0,178 та 0,188 кмоль/кг. Використовуючи графічний метод, визначте граничну адсорбцію та константу адсорбційної рівноваги в рівнянні Ленгмюра.
3. Розрахуйте величину граничної адсорбції азоту на цеоліті при рівноважному тиску 100 Па, якщо за цих умов величина адсорбції складає 34,6810-9 кг/кг, а константа адсорбційної рівноваги дорівнює 0,156 Па-1.
4. При тисках 6650, 13300, 19250, 26000, 39900 і 66500 Па адсорбція етану на цеоліті при 298 К відповідно дорівнює 0,0020; 0,00237; 0,00253; 0,00263; 0,00277 та 0,00284 кмоль/кг. Використовуючи графічний метод, визначте граничну адсорбцію та константу адсорбційної рівноваги в рівнянні Ленгмюра.
5. При тисках 6650, 13300, 26600, 39900 і 53200 Па адсорбція вуглекислого газу на активованому вугіллі при 291 К відповідно дорівнюють 0,070; 0,091; 0,102; 0,107 та 0,108 кмоль/кг. Визначте граничну адсорбцію та константу адсорбційної рівноваги в рівнянні Ленгмюра.
6. Використовуючи рівняння ізотерми адсорбції теорії БЕТ, розрахуйте об'єм криптону, який був адсорбований при 77,5 К і 91,23 Па 1 г срібного каталізатора. Адсорбція багатошарова. Тиск насиченої пари криптону 342,64 Па; об'єм, який займає суцільний моношар газу, дорівнює 0,146?см3/г; константа рівняння - 136.
7. Константи рівняння Шишковського для водного розчину валеріанової кислоти при 273 К б=14,7210-3 Дж/м2; b=10,4 м3/кмоль. Концентрація розчину становить 0,4 кмоль/м3. Визначте поверхневий натяг розчину, якщо поверхневий натяг води за цих умов дорівнює 75,510-3 Дж/м2.
8. Визначте, який об'єм аміаку при 273 К і 1,013105 Па може адсорбуватись на поверхні 50 г активованого вугілля, якщо уся його поверхня буде повністю вкрита аміаком. Поверхня 1 г вугілля займає 1000 м2, діаметр молекули аміаку дорівнює 310-10 м. Молекули торкаються одна одної в площині так, що центри чотирьох сусідніх сфер знаходяться в кутах квадрата.
9. 25 см3 0,3 н. розчину оцтової кислоти змішали з 3 г активованого вугілля. Після досягнення адсорбційної рівноваги на титрування 5 см3 розчину кислоти пішло 10 см3 0,05 н. розчину NaOH. Визначте величину адсорбції оцтової кислоти на поверхні 1 г вугілля.
10. Використовуючи рівняння адсорбції Фрейндліха, побудуйте ізотерму адсорбції вуглекислого газу на активованому вугіллі при 313 К в інтервалі тиску від 300 до 2000 Па, якщо константи рівняння К?=?0,024?кмоль/м2Па; n = 0,4.
11. Розрахуйте площу, яку займає 1 молекула аніліну на поверхні поділу водний розчин-повітря, якщо гранична адсорбція аніліну дорівнює 610-9 кмоль/м2.
12. Розрахуйте площу, яку займає 1 молекула ізомасляної кислоти на поверхні поділу водний розчин-повітря, якщо гранична адсорбція кислоти становить 5,4810-6 моль/м2.
13. Визначте об'єм водню при 273 К і 1,013105 Па, який адсорбується 100 мл адсорбенту, що має питому поверхню 850 м2/мл. Причому, тільки 95% усієї поверхні адсорбенту є активною. Діаметр молекули водню дорівнює 27 нм. Адсорбція моношарова. Адсорбовані молекули торкаються одна одної в площині так, що центри чотирьох сусідніх сфер розташовуються в кутах квадрата.
14. Концентрація водного розчину ізомасляної кислоти при 291 К дорівнює 0,5 кмоль/м3. Поверхневий натяг розчину складає 17,4310-3?Дж/м2, а води 72,510-3 Дж/м2. Визначте константу б в рівнянні Шишковського, якщо b = 19,6 м3/кмоль.
15. 2 г перліту при 273 К і 1,013105 Па адсорбує на своїй поверхні 0,3?л кисню, що покриває поверхню адсорбенту суцільним мономолекулярним шаром. Визначте площу, яку займає 1 молекула кисню, якщо питома поверхня перліту складає 600 м2/г.
16. Концентрація водного розчину валеріанової кислоти дорівнює 0,5?кмоль/м3. Поверхневий натяг розчину складає 50,310-3 Дж/м2, а води 75,510-3 Дж/м2. Розрахуйте константу b в рівнянні Шишковського, якщо константа б дорівнює 13,5210-3 Дж/м2 при 273 К.
17. Використовуючи рівняння ізотерми адсорбції теорії БЕТ, розрахуйте об'єм криптону, що покриває поверхню платинового каталізатора в один шар, якщо при 65,46 Па каталізатор адсорбує 0,41 см3/г газу (адсорбція багатошарова). Тиск насиченої пари криптону дорівнює 342,46 Па, константа адсорбційної рівноваги дорівнює 150.
18. Константи рівняння Шишковського для водного розчину ізомасляної кислоти при 291 К дорівнюють б = 2310-3 Дж/м2; b = 19,6 м3/кмоль. Поверхневий натяг води за цих умов становить 72,510-3Дж/м2. Визначте, при якій концентрації поверхневий натяг розчину дорівнюватиме 6010-3 Дж/м2.
19. Визначте, який об'єм кисню при 273 К і 1,013105 Па зможе адсорбувати 100 г перліту, якщо активна поверхня адсорбенту складає 75%, а кисень адсорбується мономолекулярним шаром. Поверхня перліту дорівнює 600 м2/г, діаметр молекули кисню 0,387 нм. Молекули кисню торкаються одна одної в площині так, що центри чотирьох сусідніх сфер розташовуються в кутах квадрата.
20. Розрахуйте граничну адсорбцію газу на поверхні твердого адсорбенту, якщо при рівноважному тиску 200 Па поверхня твердого адсорбенту адсорбує 52,610-6 кг/кг газу. Константа адсорбційної рівноваги становить 0,2 Па-1.
21. 50 г активованого вугілля при 273 К і 1,013105 Па адсорбує 15,2 л аміаку. Який відсоток поверхні вугілля працює активно, якщо його поверхня складає 1000 м2/г, а діаметр молекули аміаку дорівнює 0,3 нм. Молекули аміаку торкаються одна одної в площині так, що центри чотирьох сусідніх сфер розташовуються в кутах квадрата. Адсорбція багатошарова.
22. Об'єм азоту при 273 К і 1,013105 Па, необхідний для покриття 1 г силікогелю мономолекулярним шаром, дорівнює 129 мл.
Розрахуйте питому площу силікагелю, якщо молекула азоту займає площу 16,210-20 м2.
23. Концентрація водного розчину валеріанової кислоти дорівнює 0,4?кмоль/м3. Поверхневий натяг розчину складає 51,3310-3 Дж/м2, а води 75,510-3 Дж/м2. Розрахуйте константу б в рівнянні Шишковського при 273?К, якщо b = 10,4 м3/кмоль.
24. Використовуючи рівняння ізотерми адсорбції теорії БЕТ, розрахуйте питому поверхню срібного каталізатора, якщо при 77,5 К і 91,23 Па на ньому адсорбується 0,195 см3/г криптону. Площа, яку займає 1 молекула криптону, дорівнює 19,510-20 м2, густина криптону складає 3,74 г/л, а тиск насиченої пари криптону 342,64 Па. Константа адсорбційної рівноваги дорівнює 136. Адсорбція багатошарова. Молярна маса криптону складає 83,8?г/моль.
25. Константи рівняння Шишковського для водного розчину ізомасляної кислоти при 291 К дорівнюють б = 2310-3 Дж/м2, b = 19,6 м3/кмоль. Поверхневий натяг води за цих умов становить 72,110-3 Дж/м2. Розрахуйте поверхневий натяг розчину при концентрації 0,5 кмоль/м3.
26. Розрахуйте питому поверхню каталізатора, 1 г якого при утворенні моношару адсорбує 103 см3 азоту при Т = 273 К і Р = 1,013105 Па. Площа, яку займає 1 молекула азоту, дорівнює 16,210-20 м2.
27. Гранична адсорбція стеаринової кислоти на поверхні сталі становить 210-9 кг/кг. Площа, яку займає 1 молекула кислоти, дорівнює 0,210-18 м2. Молярна маса С17Н35СООН становить 284 г/моль. Визначте питому поверхню сталі.
28. Поверхневий натяг 0,1 М розчину ізомасляної кислоти дорівнює 47,510-3 Дж/м2, а води - 72,510-3 Дж/м2 при 291 К. Визначте поверхневу активність кислоти за цих умов.
29. Питома поверхня силікогелю дорівнює 760 м2/г. Діаметр молекули аміаку дорівнює 310-8 см. Визначте максимальний об'єм аміаку, який покриє поверхню силікогелю суцільним мономолекулярним шаром.
30. При 240С поверхнева активність 0,1 кмоль/м3 розчину олеїновокислого натрію дорівнює 1,03 Дж..м/кмоль. Розрахуйте величину адсорбції цієї речовини на поверхні поділу розчин-повітря.
1.2.3 Багатоваріантна задача
За експериментальними даними, отриманими при 298 К (табл.1.1), побудуйте графік залежності поверхневого натягу масляної кислоти () від концентрації (С).
Визначте поверхневу активність і адсорбцію масляної кислоти на поверхні поділу розчин-повітря при концентрації СХ (табл.1.2).
Таблиця 1.1
Залежність поверхневого натягу розчину масляної кислоти від концентрації
|
, Дж/м2 |
74,01 |
69,51 |
64,30 |
63,70 |
59,58 |
56,41 |
51,09 |
47,21 |
44,92 |
44,10 |
|
|
С, кмоль/м3 |
0,000 |
0,021 |
0,050 |
0,060 |
0,104 |
0,160 |
0,246 |
0,350 |
0,450 |
0,489 |
Таблиця 1.2
Варіанти концентрацій кислоти, при яких визначається величина адсорбції
|
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
СХ, кмоль/м3 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
0,06 |
0,07 |
0,08 |
0,09 |
0,10 |
0,12 |
0,14 |
|
|
Варіант |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
СХ, кмоль/м3 |
0,16 |
0,18 |
0,19 |
0,20 |
0,21 |
0,22 |
0,23 |
0,24 |
0,25 |
0,26 |
|
|
Варіант |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
|
СХ, кмоль/м3 |
0,27 |
0,28 |
0,30 |
0,32 |
0,34 |
0,35 |
0,36 |
0,37 |
0,38 |
0,40 |
2. ДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ
Дисперсні системи - це гетерогенні системи з високим ступенем дисперсності частинок. Вони різноманітні за своєю природою, мають різні властивості і складаються з двох або більше фаз. Якщо система двокомпо- нентна, то один з компонентів називається дисперсною фазою, а другий - дисперсійним середовищем. До дисперсних систем відносяться суспензії, аерозолі, емульсії, піни, порошки, колоїдні розчини та інші.
2.1 Колоїдні розчини. Будова колоїдних міцел
Колоїдні розчини (золі) - це високодисперсні гетерогенні системи, в яких дисперсна фаза представлена не молекулами, а агрегатами, що складаються з великої кількості молекул важкорозчинної речовини. Розміри частинок колоїдних розчинів дорівнюють 10-5 - 10-7 см. Ці розчини термодинамічно нестійкі і мають велику вільну поверхневу енергію.
Відповідно до міцелярної теорії будь-який колоїдний розчин складається з міцел і дисперсійного середовища. В основі міцели лежить важкорозчинний у даному дисперсійному середовищі агрегат, який складається з великої кількості мікрокристалів. Поверхня агрегату за рахунок вільної поверхневої енергії адсорбує з оточуючого середовища відповідно до правила Панета-Фаянса переважно ті іони, що мають з ним спільні хімічні елементи. Іони, адсорбовані агрегатом, називають потенціалвизначаючими. Разом з агрегатом вони утворюють ядро. Ядро притягує до себе з розчину протиіони, на які діють дві сили: електростатична та дифузійна. Під дією електростатичної сили протиіони притягуються до ядра. Дифузійна сила розсіює протиіони по всьому розчину. В результаті сумісної дії цих сил одна частина протиіонів міцно зв'язується з ядром колоїдної частинки, утворюючи щільний адсорбційний шар. Ядро з частиною міцно зв'язаних протиіонів називається колоїдною частинкою. Вона має заряд, обумовлений потенціалвизначаючими іонами. Друга частина протиіонів утворює дифузійний шар, який доволі слабко зв'язаний з ядром. Колоїдна частинка разом із дифузійним шаром називається міцелою, яка в цілому електронейтральна.
До основних умов отримання колоїдних розчинів відносяться: мала розчинність дисперсної фази у дисперсійному середовищі; певний ступінь дисперсності частинок; наявність у системі стабілізатора. Стабілізатор - це речовина, яку спеціально вводять у систему, або одна з вихідних речовин, що знаходиться у надлишку, іони якої можуть добудувати кристалічну гратку або переважно адсорбуватись на поверхні агрегату.
Будову міцели можна зобразити у вигляді формули. Наприклад, гідрозоль Fe(OH)3 має наступну будову, якщо стабілізатором є FeOCl. Агрегат міцели складається з молекул Fe(OH)3. Стабілізатор дисоціює на іони за схемою: FeOCl = FeO+ + Cl-. Агрегат адсорбує на своїй поверхні іони FeO+. Ядро притягує протиіони Cl- з оточуючого середовища. Дифузійний шар утворюють також іони Cl-. Формула міцели такого золю має вигляд:
{[m Fe(OH)3].n FeO+.(n-x) Cl-}.x Cl- ,
де m - кількість молекул в агрегаті частинки; n - кількість потенціал визначаючих іонів стабілізатора, адсорбованих поверхнею агрегату; (n - x) -кількість протиіонів, які входять в адсорбційний шар; х - кількість протиіонів, які утворюють дифузійний шар.
2.1.1 Розв'язання типових задач
Задача 1. Напишіть формулу міцели гідрозолю кремнезему.
Розв'язання. Поверхня агрегату міцели кремнезему, що складається з m молекул SiO2, реагуючи з оточуючою його водою, утворює метакремнійову кислоту H2SiO3. Метакремнійова кислота - слабкий електроліт, що дисоціює на іони за схемою H2SiO3 = 2H+ + SiO32- і виконує роль стабілізатора. Формула міцели такого золю має вигляд
{[m SiO2].n SiO23-.2(n - x) H+}.2x H+,
де m - кількість молекул в агрегаті міцели; n - кількість потенціалвизначаючих іонів стабілізатора, адсорбованих поверхнею агрегату; (n - x) - кількість протиіонів, що входять в адсорбційний шар; x - кількість протиіонів, які утворюють дифузійний шар.
Задача 2. Напишіть формулу міцели золю йодиду срібла, якщо стабілізатором є розчин азотнокислого срібла. Вкажіть заряд колоїдної частинки, агрегат, ядро, колоїдну частинку і міцелу.
Розв'язання. Основу міцели складає m молекул AgI. Стабілізатор дисоціює на іони за схемою AgNO3 = Ag+ + NO3-. На поверхні агрегату з розчину AgNO3 адсорбується n іонів Ag+, які називаються потенціалвизначаючими. Протиіонами будуть іони NO3-. Міцела золю AgI буде мати наступну формулу:
Знак заряду колоїдної частинки визначається знаком заряду потенціалвизначаючих іонів. Таким чином, колоїдна частинка буде мати позитивний заряд. Критерієм правильності написання міцели є її електронейтральність: n (позитивних зарядів) = [(n - x) + x] (негативних зарядів), тобто число позитивних зарядів повинно дорівнювати числу негативних зарядів.
Задача 3. При отриманні золю CdS змішали 5 мл 0,03н. розчину CdCl2 з 30 мл 0,01н. розчину H2S. Напишіть формулу міцели отриманого золю та вкажіть заряд колоїдної частинки.
Розв'язання. При змішуванні речовини прореагують між собою за рівнянням
CdCl2 + H2S = CdS + 2HCl.
Агрегатом міцели буде важкорозчинна сполука CdS. Будова міцели і заряд колоїдної частинки залежать від того, який з реагентів буде у надлишку. Розрахуємо кількість моль-еквівалентів кожного реагенту за рівнянням
де Ci - молярна концентрація еквівалентів, моль-екв/л; Vi - об'єм розчину,?мл.
моль-екв.
моль-екв.
Так як >, то у надлишку знаходиться реагент H2S, який і буде виконувати роль стабілізатора. Припустимо, що H2S дисоціює на іони за наступною схемою: H2S = 2H+ + S2-. За цих умов формула міцели буде мати вигляд
{[m CdS] n S2-.2(n-x) H+}-.2x H+.
Колоїдна частинка матиме негативний заряд, так як потенціалвизначаючими іонами в даному випадку будуть іони S2-.
Задача 4. Який об'єм 0,01н. розчину KBr треба додати до 10 мл 0,25н. розчину AgNO3, щоб колоїдні частинки золю AgBr мали позитивний заряд? Напишіть формулу міцели цього золю.
Розв'язання. Між реагентами протікає реакція
KBr + AgNO3 = AgBr + KNO3.
Щоб отримати золь з позитивно зарядженими частинками, необхідно мати у надлишку розчин AgNO3. У відповідності до закону моль-еквівалентів С1.V1 = C2.V2. З цього рівняння визначимо об'єм KBr, який прореагує з 10 мл 0,25н. розчину AgNO3.
мл розчину KBr.
Щоб розчин AgNO3 був у надлишку, необхідно додати до нього об'єм KBr менший за 250 мл. В цьому випадку отриманий золь буде мати негативно заряджені частинки. Будова золю AgBr відповідатиме наступній формулі
{[m AgBr] .n Ag+.(n-x) NO3-}.x NO3-.
2.1.2 Задачі для практичних занять, самостійної роботи (домашніх завдань) та контрольних робіт
1. Напишіть формули міцел золей, отриманих при змішуванні розчинів:
a) 10 мл 0,1н. розчину Na2SiO3 i 20 мл 0,5н. розчину CaCl2 ;
б) 10 мл 0,1н. розчину Na2SiO3 і 5 мл 0,1н. розчину CaCl2.
2. Напишіть формули міцел золей, які утворюються в результаті реакції між CaCl2 і CuSO4, якщо в реакційній суміші буде:
а) надлишок CaCl2;
б) надлишок CuSO4.
До якого електроду будуть рухатись утворені колоїдні частинки в електричному полі?
3. Який об'єм 0,2н. CaCl2 треба додати до 25 мл 0,1н. розчину Na2SіO3, щоб отримати золь з негативно зарядженими частинками. Напишіть формулу міцели для цього золю.
4. Змішали
а) 10 мл 1н. розчину BaCl2 з 1 л 0,01н. розчину H2SO4 ;
б) 40 мл 0,1н. розчину BaCl2 з 40 мл 0,1н. розчину H2SO4.
Визначте, в якому випадку буде утворюватись золь? Напишіть формулу міцели цього золю та вкажить заряд колоїдних частинок.
5. Для отримання гідрозолю хлориду срібла змішали 10 мл 0,02н. розчину KCl з 100 мл 0,005н. розчину AgNO3. Напишіть формулу міцели золю та вкажіть, до якого електроду будуть рухатись ці колоїдні частинки в електричному полі.
6. Напишіть формули міцел золей, що утворюються при змішуванні
а) 40 мл 0,5н. розчину NaOH з 20 мл 0,5н. розчину FeCl3;
б) 20 мл 0,5н. розчину NaOH з 100 мл 0,5н. розчину FeCl3.
Вкажіть потенціалвизначаючі іони та протиіони.
7. Розрахуйте об'єм 0,005н. розчину AgNO3, який треба додати до 25 мл 0,015н. розчину KI, щоб отримати золь AgI з негативно зарядженими колоїдними частинками. Напишіть формулу міцели цього золю.
8. Напишіть формули міцел золей, що утворюються в результаті реакції між Fe2(SO4)3 і NaOH, коли в реакційній суміші у надлишку буде розчин: а) Fe2(SO4)3; б) NaOH. Вкажіть заряди колоїдних частинок.
9. Змішали
а) 100 мл 0,1н. розчину BaCl2 з 100 мл 0,1н. розчину H2SO4;
б) 50 мл 0,1н. розчину BaCl2 з 100 мл 0,1н. розчину H2SO4.
Вкажіть, в якому випадку буде утворюватись золь та напишіть формулу міцели цього золю.
10. Золь сульфату магнію отримали шляхом змішування 10 мл 0,5н. розчину MgCl2 і 30 мл 1н. розчину H2SO4 . Напишіть формулу міцели золю та вкажіть, до якого електроду будуть рухатись колоїдні частинки в електричному полі.
11. Розрахуйте об'ємне співвідношення, в якому треба змішати 0,025% розчин NaCl з 0,001н. розчином AgNO3, щоб отримати незаряджені частинки хлориду срібла. Напишіть формулу міцели золю AgCl, якщо в системі буде надлишок NaCl.
12. При пропусканні надлишку H2S через підкислений розчин солі трьохвалентного миш'яку утворюється золь As2S3. Напишіть формулу міцели золю, вкажіть агрегат, ядро і колоїдну частинку золю.
13. Змішали
а) 10 мл 0,1н. розчину Na2CO3 з 50 мл 1н. розчину BaCl2;
б) 100 мл 0,1н. розчину Na2CO3 з 50 мл 0,1н. розчину BaCl2.
Напишіть формули міцел золей, що утворюються, та вкажіть знак заряду колоїдних частинок.
14. Золь фероціаніду міді утворюється під дією надлишку хлориду міді на розчин фероціаніду калію. Напишіть формулу міцели золю та вкажіть знак заряду колоїдної частинки.
15. Напишіть формули міцел золей, отриманих при змішуванні розчинів
а) 10 мл 0,5н. розчину CaCl2 і 20 мл 0,2н. розчину CuSO4;
б) 20 мл 0,5н. розчину CaCl2 і 100 мл 0,2н. розчину CuSO4.
Вкажіть агрегат, ядро, колоїдну частинку та визначте знак заряду.
16. Змішали
а) 100 мл 1н. розчину Fe(NO3)3 з 100 мл 1н. розчину KOH;
б) 100 мл 1н. розчину Fe(NO3)3 з 100 мл 0,5н. розчину KOH.
Визначте, в якому випадку буде утворюватись золь. Напишіть формулу міцели цього золю.
17. Визначте об'єм 0,5н. розчину MgCl2, який треба додати до 200 мл 1н. розчину Na2SO4, щоб колоїдна частинка в електричному полі рухалась до катоду. Напишіть формулу міцели золю.
18. Напишіть формули міцел золей, що утворюються при змішуванні розчинів
а) 1 л 0,1н. розчину MnCl2 і 1 л 0,2н. розчину H2S;
б) 10 мл 1н. розчину MnCl2 і 10 мл 0,001н. розчину H2S.
Вкажіть знак заряду колоїдних частинок.
19. Гідрозоль CdS отримали при пропусканні надлишку H2S через підкислений розчин CdCl2. Напишіть формулу міцели золю, вкажіть агрегат і ядро колоїдної частинки.
20. Напишіть можливі формули міцел золей, що утворюються при змішуванні розчинів
а) 100 мл 0,1н. розчину ZnSO4 і 200 мл 0,05н. розчину NaOH;
б) 200 мл 0,05н. розчину ZnSO4 і 50 мл 0,1н. розчину NaOH.
Вкажіть знак заряду колоїдних частинок.
21. Змішали
а) 10 мл 0,5н. розчину BaCl2 з 10 мл 0,5н. розчину Na2CO3;
б) 20 мл 0,5н. розчину BaCl2 з 10 мл 0,5н. розчину Na2CO3.
Вкажіть, в якому випадку утворюється золь. Напишіть формулу міцели золю, що утворився в цьому випадку.
22. До розчину CuCl2 додали надлишок Na2CO3. Напишіть формулу міцели золю, вкажіть потенціалвизначаючі іони і протиіони. Чи зміниться будова міцели золю, якщо в надлишку буде розчин CuCl2?
23. Змішали
а) 10 мл 0,2н. розчину CaCl2 з 100 мл 0,1н. розчину Na3PO4;
б) 100 мл 0,1н. розчину CaCl2 з 100 мл 0,2н. розчину Na3PO4.
Напишіть формули міцел золей та вкажіть знак заряду частинок.
24. Визначте об'єм 0,1н. розчину AgNO3, який треба додати до 10 мл 0,05н. розчину KBr, щоб утворилися частинки, які б рухались би до аноду в електричному полі. Напишіть формулу міцели золю.
25. Напишіть формули міцел золю сірки, якщо стабілізатором буде:
а) H2S5O6; б) H2S.
Чи однаковим буде знак заряду колоїдних частинок?
26. Напишіть формулу міцели золю Fe(OH)3, якщо стабілізатором буде розчин FeCl3. Вкажіть знак заряду колоїдних частинок.
27. Напишіть формулу міцели золю BaSO4, отриманого при змішуванні 1 л 0,001н. розчину BaCl2 з таким же об'ємом 0,01н. розчину H2SO4.
28. Напишіть формули міцел золей, які отримані при змішуванні:
а) 100 мл 0,01н. розчину AgNO3 і 10 мл 0,01н. розчину NaBr;
б) 30 мл 0,02н. розчину AgNO3 і 200 мл 0,01н. розчину NaBr.
Вкажіть агрегат, ядро, колоїдну частинку та її заряд.
29. Напишіть формули міцел золей, які були отримані при змішуванні розчинів:
а) 10 мл 0,1н. розчину CdCl2 і 10 мл 0,01н. розчинуH2S;
б) 50 мл 0,2н. розчину CdCl2 і 150 мл 0,2н. розчину H2S.
До яких електродів будуть рухатись частинки цих золей?
30. Напишіть формулу міцели золя золота, якщо стабілізатором є KAuO2. Вкажіть знак заряду колоїдних частинок.
2.2 Властивості колоїдних розчинів
2.2.1 Оптичні властивості колоїдних розчинів
Вивчення оптичних властивостей колоїдних систем дозволило з'ясувати природу колоїдних розчинів, розробити цілий ряд методів спостереження за поведінкою цих систем, визначення розмірів і форми їх частинок, кількісно обґрунтувати такі процеси, як дифузія, броунівський рух, седиментація і коагуляція. Оптичні властивості колоїдних розчинів обумовлені їх мікрогетерогенністю і різко відрізняються від властивостей істинних розчинів.
При падінні променя світла на дисперсну систему спостерігаються такі явища, як проходження світла через систему, заломлення, відбиття, розсіювання та абсорбція світла частинками дисперсної фази.
Для колоїдних розчинів характерні розсіювання та абсорбція світла частинками цих систем.
Розсіювання світла колоїдними частинками пов'язане з явищем дифракції, внаслідок якої промені огинають колоїдні частинки і змінюють свій напрямок, розсіюючись в усі боки.
Світлорозсіювання в дисперсних системах спостерігається тоді, коли довжина хвилі падаючого світла більше за розмір частинок дисперсної фази. В іншому випадку частинки дисперсної фази будуть відбивати промені світла.
Інтенсивність світлорозсіювання залежить від кількості частинок в одиниці об'єму, їх об'єму та довжини хвилі падаючого світла. Ця залежність виражається рівнянням Релея
,(2.1)
де I і I0 - відповідно інтенсивність розсіяного і падаючого світла;
K - стала, що залежить від показників заломлення дисперсної фази і дисперсійного середовища;
н- число частинок в одиниці об'єму;
V- об'єм частинки;
л - довжина хвилі падаючого світла.
Абсорбція світла - це поглинання світла об'ємом розчину. Поглинання світла залежить від хімічної природи речовин та їх фізико-хімічних властивостей.
В прозорих, безкольорових розчинах світло поглинається лише розчиненою речовиною. Абсорбція світла в цих системах підкоряється закону Бугера-Ламберта-Бера
,(2.2)
де I0 і In - відповідно інтенсивність падаючого світла і світла, що пройшло через розчин; C- молярна концентрація розчину; l- товщина шару розчину, що поглинає світло; - молярний коефіцієнт поглинання світла.
Якщо молярна концентрація і товщина поглинаючого шару розчину дорівнюють одиниці, то
(2.3)
Молярний коефіцієнт поглинання залежить від довжини хвилі абсорбованого світла, температури, природи розчиненої речовини і розчинника, але не залежить від концентрації розчину. Якщо = 0, то розчин не абсорбує світла.
В колоїдних розчинах інтенсивність світла, що пройшло через систему, може зменшуватись не тільки внаслідок поглинання, але й за рахунок розсіювання світла частинками дисперсної фази. Через це, використовуючи закон Бугера-Ламберта-Бера, необхідно, окрім коефіцієнта поглинання, враховувати і коефіцієнт світлорозсіювання ()
.(2.4)
2.2.2 Молекулярно-кінетичні властивості колоїдних розчинів
Якісної різниці між молекулярно-кінетичними властивостями істинних та колоїдних розчинів немає. Молекулярно-кінетична теорія розглядає колоїдні розчини, як частковий випадок істинних розчинів, в яких дисперсна фаза - це розчинена речовина, а дисперсійне середовище - розчинник. Для колоїдних розчинів характерний броунівський рух - це тепловий рух колоїдних частинок.
Інтенсивність броунівського руху, що не залежить від часу, тим більша, чим вища температура і менше в'язкість середовища.
Рух колоїдних частинок є результатом безпорядних ударів, які вони отримують від молекул середовища, що знаходяться у тепловому русі. Якщо частка достатньо мала, то число ударів, що приходяться на неї з різних боків, звичайно неоднакове.
Через це частки отримують імпульси, які змушують їх рухатись в різних напрямках за складними траєкторіями. Із збільшенням розміру і маси частинок інтенсивність броунівського руху зменшується, бо зростає інерція часток. У часток з розміром більше 510-4 см броунівський рух відсутній. Відповідно до молекулярно-кінетичної теорії колоїдна частка може змінювати свій напрямок і швидкість до 1020 разів за секунду. Завдяки цьому істинний шлях частки визначити неможливо, але можна визначити середньоквадратичний зсув частки за одиницю часу за рівнянням
=, (2.5)
де - окремі проекції зсуву частки на вісь, паралельну обраному напрямку, м; n - кількість вимірів (достатньо велика).
Статистична теорія броунівського руху, розроблена А. Ейнштейном і М. Смолуховським, припускає цілковиту хаотичність руху колоїдних часток, тобто повну рівноправність усіх напрямків руху часток, і дозволяє розрахувати їх середньоквадратичний зсув за рівнянням
=, (2.6)
де R - газова стала, Дж/моль.К; Т - температура, К; - в'язкість середовища, Па .с; r - радіус сферичної частки, м; NA - число Авогадро; - тривалість досліду, с.
Броунівський рух обумовлює процес дифузії в колоїдних системах. Дифузія - це самочинний процес вирівнювання концентрації молекул, іонів або колоїдних часток під впливом теплового хаотичного руху. Таким чином, дифузія є макроскопічним проявом теплового руху часток і завжди протікає тим швидше, чим більше температура. Явище дифузії - процес необоротний і протікає до повного вирівнювання концентрації, так як хаотичному розподілу часток відповідає максимальна ентропія системи. Ейнштейн встановив зв'язок між середньоквадратичним зсувом часток і коефіцієнтом дифузії
...Подобные документы
Полярний і неполярний типи молекул з ковалентним зв'язком. Опис терміну поляризації як зміщення електронів, атомів та орієнтація молекул у зовнішньому полі. Причини виникнення дипольних моментів у молекулах. Визначення поняття електровід'ємності атома.
реферат [365,0 K], добавлен 19.12.2010Сірчана кислота як один з основних багатотоннажних продуктів хімічної промисловості, її застосування в різних галузях народного господарства. Взаємодія сірчаної кислоти з металами та неметалами, солями та водою. Сировина для виробництва сірчаної кислоти.
реферат [32,0 K], добавлен 11.11.2010Піни – грубодисперсні висококонцентровані системи у складі бульбашок і рідкого дисперсійного середовища. Класифікація і характеристика пін; методи визначення їх дисперсності. Структурно-механічні і оптичні властивості пін, електрична провідність.
контрольная работа [201,6 K], добавлен 17.01.2013Сутність поверхневого натягу рідини та розчинів, фактори залежності. Основні поняття сорбційних явищ, речовини–поглиначі; класифікація адсорбції. Поверхнево активні, неактивні та інактивні речовини; правило Дюкло-Траубе. Значення поверхневих явищ.
презентация [542,5 K], добавлен 05.06.2013Загальні властивості та історія відкриття натрій тіосульфату. Його хімічні властивості і взаємодія з кислотами. Утворення комплексів тіосульфатів. Загальні основи одержання натрій тіосульфату сульфітним, полі сульфідним та миш'яково-содовим методами.
курсовая работа [72,1 K], добавлен 04.05.2015Вивчення вітаміну С, опис його властивостей, методик ідентифікації і кількісного визначення. Медичні та фізико-хімічні властивості аскорбінової кислоти, її біосинтез. Фармакодинаміка та фармакокінетика. Залежність між будовою і біологічною активністю.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 30.11.2014Розгляд термічного та екстракційного способів одержання фосфатної кислоти. Технологічна схема виробництва фосфатної кислоти дигідратним способом. Матеріальний розрахунок розміщення апатитового концентрату та екстрактора. Утилізація фторовмісних газів.
курсовая работа [362,1 K], добавлен 18.02.2015Причини забруднення фумарової кислоти після синтезу шляхом окиснення фурфуролу хлоратом натрію в присутності п’ятиокису ванадію. Шляхи її очищення, етапи даного технологічного процесу та оцінка його ефективності. Опис системи контролю та керування.
контрольная работа [18,0 K], добавлен 02.09.2014Характеристика лимонної кислоти та способів її отримання. Аналіз принципів і способів отримання оцтової кислоти. Властивості і застосування ітаконової кислоти. Біологічний синтез лимонної, оцтової та ітаконової кислоти, особливості і умови даних процесів.
курсовая работа [119,9 K], добавлен 26.08.2013Найважливіші природні сульфати, якісна реакція на сульфат-іон. Застосування сульфатної кислоти і сульфатів в промисловості. Хімічні та фізичні властивості сульфатної кислоти, її взаємодія з металами. Розклад цукру і целюлози під дією сульфатної кислоти.
презентация [688,5 K], добавлен 30.10.2013Характеристика вихідної сировини та готової продукції. Хімізм одержання тартратної кислоти та коефіцієнти виходу по стадіях. Розрахунок витрати вихідного продукту кальцій тартрату на 1 т 100% тартратної кислоти. Постадійні матеріальні розрахунки.
курсовая работа [322,2 K], добавлен 11.05.2014Електропровідні полімери, їх властивості. Синтез функціональних плівок полі аніліну. Електрокаталітичні властивості металонаповнених полімерних композитів. Електрохімічний синтез функіоналізованої поліанілінової плівки, властивості одержаних композитів.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 26.07.2014Антранілова (2-амінобензойна) кислота, її характеристика, добування та застосування. Фізичні властивості антранілової (2-амінобензойної) кислоти. Похідні антранілової (2-амінобензойної) кислоти по карбоксильній групі, аміногрупі та бензойному кільцю.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.10.2014Хімічні процеси, самоорганізація, еволюція хімічних систем. Молекулярно-генетичний рівень біологічних структур. Властивості хімічних елементів залежно від їхнього атомного номера. Еволюція поняття хімічної структури. Роль каталізатора в хімічному процесі.
контрольная работа [27,1 K], добавлен 19.06.2010Стадії протікання реакції епіхлоргідрина з гідроксилвмісними сполуками. Константи швидкості реакції оцтової кислоти з ЕХГ в присутності ацетату калію. Очищення бензойної кислоти, епіхлогідрин. Методика виділення продуктів реакції, схема установки.
курсовая работа [702,8 K], добавлен 23.04.2012Сучасний стан проблеми тютюнопаління у світі. Виробництво тютюнових виробів. Види та сорти тютюну та їх переробка. Хімічний склад диму і дія його на організм. Фізико-хімічні властивості ціанідної кислоти. Токсикологічна характеристика синильної кислоти.
курсовая работа [245,8 K], добавлен 18.12.2013Вивчення хімічного складу і структурної будови нуклеїнових кислот. Характеристика відмінних рис дезоксирибонуклеїнових кислот (ДНК) і рибонуклеїнові кислоти (РНК). Хімічні зв'язки, властивості і функції нуклеїнових кислот, їх значення в живих організмах.
реферат [1,2 M], добавлен 14.12.2012Історія видобування, склад та фізичні властивості нафти (молекулярна маса, температура застигання, колір). Явища флуоресценції та люмінісценції як характерні властивості нафти. Продукти, які отримують з нафти, та проблема забруднення середовища.
презентация [858,8 K], добавлен 04.01.2012Проектування відділення адсорбції очищення стічних вод виробництва віскози. Характеристика компонування устаткування цеху та розміщення його на закритій і відкритій ділянці в одноповерховому приміщенні. Розрахунок ширини робочих проходів між обладнанням.
курсовая работа [331,6 K], добавлен 05.10.2011Адсорбція як процес концентрування газоподібної або розчиненої речовини на поверхні розділу фаз. Роль та значення робіт Т.Є. Ловіца та Н.Д. Зелінського у відкритті методу адсорбції. Різновиди адсорбентів. Хроматографічний метод аналізу адсорбції речовин.
презентация [961,3 K], добавлен 16.10.2014
